Реферат: Мир глазами Нильса Бора: волны и их восприятие

Видимый свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, лежащие в частотном диапазоне от ?? Гц до ??Гц. Вызываемое им ощущение яркости определяется логарифмом энергии световой волны (энергия пропорциональна квадрату амплитуды). Глаза человека и ряда высших млекопитающих способны осуществлять частотный Фурье-анализ электромагнитного поля, создавая различные ощущения цвета. Изменение цветов при движении по спектру от красного до фиолетового соответствует увеличению частот монохроматических гармоник электромагнитного поля.

Ниже пределов чувствительности человеческого глаза на шкале частот электромагнитного излучения лежит инфракрасное излучение , непрерывно переходящее в радиоволны. Их биологическое воздействие в подавляющем большинстве случаев сводится к эффектам, связанным с нагреванием. Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучения характеризуются частотами, лежащими выше предела зрительного восприятия.

Возрастание частоты электромагнитного излучения сопровождается увеличением его вредного воздействия на биологические объекты.

Особенности цветного зрения. Интересной физиологической особенностью зрения является тот факт, что определенным образом подобранная смесь монохроматических излучений может создавать точно такое же ощущение: как другое монохроматическое излучение (смесь красного и желтого цветов воспринимается как оранжевый, а не “красно-желтый”). Объяснение кроется в строении светочувствительных клеток - палочек и колбочек, образующих сетчатку глаза. Более чувствительные палочки реагируют только на энергию световой волны (в сумерках изображения теряют свой цвет), а колбочки содержат три сорта зрительного пигмента, имеющие различные кривые спектральной чувствительности . В результате протекающих в них физико-химических процессов при облучении клеток формируются электрические импульсы, величины которых определяются произведением интенсивности световой гармоники на чувствительность пигмента на ее частоте. Т.о. преобразование световых сигналов при зрительном восприятии с математической точки зрения может рассматриваться как проектирование из бесконечномерного пространства амплитуд Фурье-гармоник электромагнитного поля в трехмерное пространство электрических импульсов. Всякое проектировании на подпространство меньшей размерности сопровождается частичной потерей информации, что и приводит к неоднозначности цветового восприятия.

Физиологические особенности зрительного восприятия образов. Физико-химические процессы преобразования оптических сигналов в электрохимические являются первым звеном в длинной цепи, приводящей к формированию в сознании зрительного образа. Многие звенья этой цепи изучены весьма неполно.

Светочувствительные клетки сетчатки соединены не только с мозгом, на и друг с другом, образуя нейронную сеть, производящую первичную обработку зрительных сигналов и являющуюся вынесенной вперед частью мозга. О сложности процессов формирования зрительного образа говорят следующие особенности нашего восприятия:

1. Оптическая система глаза формирует на сетчатке перевернутое изображение, что не отражается на восприятии. При использовании специальных оптических систем, изменяющих изображение на сетчатке на неперевернутое, человек теряет способность адекватного зрительного восприятия. Через несколько дней пользования такой системой зрительная информация вновь начинает восприниматься нормально.

2. Сетчатка разделена на две примерно равные области, нервные волокна от которых идут в разные полушария мозга. Несмотря на то, что граница раздела приходится на центр зрительного поля, изображение не воспринимается как разорванное на две части.

3. Наличие на сетчатке “слепого пятна” (области, лишенной светочувствительных клеток) не приводит к возникновению незаполненной области в зрительной картине даже при восприятии ее одним глазом.

4. Ощущение объемного непрерывного образа строится из двух не совпадающих друг с другом мозаичных картин, возникающих на сетчатках глаз.

5. Способность распознавания образов трехмерных объектов по их плоским контурным изображениям и возможность их классификации.

Последняя, возможно наиболее удивительная способность зрения человека, тесно связана с интенсивно разрабатываемой в математике и технике проблемой распознавания образов.

Фурье-анализ изображений. При попадании в поле зрения человека нового объекта, его зрительный образ в сознании возникает весьма быстро, но потом уточняется и достраивается (иногда с исправлением ошибок первоначального восприятия (все любители сбора грибов знают, как “замирает сердце” при виде гриба, через мгновение “превращающегося” в опавший лист). Очевидно, что на более ранних стадиях эволюции отмеченное свойство было весьма полезным с точки зрения выживания.

Указанная особенность хорошо вписывается в концепцию Фурье-анализа изображений, согласно которой обработка нервной системой зрительного образа начинается с разложения описывающей распределение интенсивности на сетчатке глаза функции I(x,y) в пространственный ряд Фурье, Его дальнейший анализ начинается с наиболее медленных пространственных гармоник и состоит в сравнении их амплитуд с “хранящейся в памяти библиотекой образов”. По результатам анализа сравнительно небольшого числа гармоник делается предварительный вывод об объекте, который впоследствии уточняется в результате анализа высших составляющих. Наряду с “волновой” существует и “точечная” концепция восприятия зрительных образов, согласно которой изображение воспринимается как совокупность светящихся точек.

Т.о. даже на уровне классического описания с точки зрения математики нет принципиальной разницы между корпускулярным и волновым подходами к описанию реальности. Различие состоит в выборе набора базисных функций. Правильной формулировкой вопроса к естествознанию в рассматриваемом блоке проблем, по-видимому состоит в том, существуют ли в природе реальные объекты, свойства которых близки (или даже тождественны) свойствам отдельно взятой базисной функции (гармонической или дельта-функции). Классическое естествознание отвечало на так поставленный вопрос утвердительно.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://study.online.ks.ua/